RU2653995C1 - Method of registration of the electrocardiogram and the rheogram from the vehicle driver and the device for the implementation of the method - Google Patents

Method of registration of the electrocardiogram and the rheogram from the vehicle driver and the device for the implementation of the method Download PDF

Info

Publication number
RU2653995C1
RU2653995C1 RU2017101853A RU2017101853A RU2653995C1 RU 2653995 C1 RU2653995 C1 RU 2653995C1 RU 2017101853 A RU2017101853 A RU 2017101853A RU 2017101853 A RU2017101853 A RU 2017101853A RU 2653995 C1 RU2653995 C1 RU 2653995C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
driver
ecg
signal
rheogram
vehicle
Prior art date
Application number
RU2017101853A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Михайлович Глуховский
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Компоненты и технологии 3Д" (ООО "Кит 3Д")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Компоненты и технологии 3Д" (ООО "Кит 3Д") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Компоненты и технологии 3Д" (ООО "Кит 3Д")
Priority to RU2017101853A priority Critical patent/RU2653995C1/en
Priority to PCT/RU2018/050009 priority patent/WO2018135979A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2653995C1 publication Critical patent/RU2653995C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/053Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
    • A61B5/0531Measuring skin impedance
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/117Identification of persons
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/318Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: group of inventions relates to medicine. Method for extraction the electrocardiogram (ECG) data from the vehicle driver is performed using data processing device (11) to obtain ECG data. At the same time, with the help of at least two electrodes (1, 2) arranged on the handlebars of the vehicle, the initial ECG signal is recorded from the driver's hands. At least one frequency that triggers the pick-up on the initial ECG signal is recorded. On the basis of the measured at least one frequency causing the pick-up on the initial ECG signal and the detected at least one similar frequency in the original ECG signal, an interference signal is synthesized. Subtract the interference signal from the initial ECG signal to obtain ECG data of the vehicle driver.
EFFECT: reduction in the amount of noise in ECG signals recorded from the vehicle driver's hand of by means of a pair of electrodes is achieved.
25 cl, 2 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к способу съема данных электрокардиограммы (ЭКГ) и реограммы с водителя транспортного средства и устройству для осуществления способа, и может быть использовано для определения физиологического состояния водителя, предотвращения аварии вследствие критического физиологического состояния водителя, и в системах идентификации и верификации личности (авторизации) водителя по данным ЭКГ и реограммы, а также по информации о фазе несущей сигнала реограммы. Данные ЭКГ и реограммы (полного импеданса, включая фазу) могут быть использованы в системах многофакторной аутентификации в качестве биометрических данных водителя для ограничения доступа к управлению транспортным средством.The invention relates to a method for acquiring data of an electrocardiogram (ECG) and rheogram from a driver of a vehicle and a device for implementing the method, and can be used to determine the physiological state of a driver, prevent an accident due to a critical physiological state of a driver, and in identification and verification systems (authorization) the driver according to the ECG and rheogram, as well as information about the phase of the carrier signal of the rheogram. ECG data and rheograms (full impedance, including phase) can be used in multi-factor authentication systems as biometric driver data to limit access to driving.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Из уровня техники известен способ и устройство для съема ЭКГ с водителя автомобиля, раскрытый в документе RU 2435681 С1. В данном документе описывается получение ЭКГ и реограммы с помощью электродов, размещенных на руле автомобиля и в случае выявления нарушения сердечной деятельности водителя в виде аритмий, нарушений кровотока или состояния засыпания водителя, осуществляют плавную остановку транспортного средства. Данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога.The prior art method and device for acquiring an ECG from a car driver, disclosed in document RU 2435681 C1. This document describes how to obtain an ECG and rheograms using electrodes placed on the steering wheel of a car and, in the event of a violation of the driver’s cardiac activity in the form of arrhythmias, blood flow disorders or the state of falling asleep of the driver, the vehicle stops smoothly. This solution is selected as the closest analogue.

Недостатком данного решения является то, что оно не обеспечивает получение высокоточных ЭКГ и реограммы при помощи пары электродов с рук водителя автомобиля, в том числе, во время движения, вследствие отсутствия возможности фильтрации помех в полосе частот полезного сигнала. Также сопротивление контактов при регистрации ЭКГ с сухих рук водителя гораздо выше, чем при стандартной регистрации ЭКГ с использованием токопроводящего геля, поэтому влияние наводимых помех в автомобиле намного выше, а полезный сигнал ЭКГ слабее.The disadvantage of this solution is that it does not provide high-precision ECGs and rheograms using a pair of electrodes from the hands of the car driver, including while driving, due to the inability to filter interference in the frequency band of the useful signal. Also, the contact resistance during ECG registration from the driver’s dry hands is much higher than with standard ECG recording using a conductive gel, so the effect of induced noise in the car is much higher, and the useful ECG signal is weaker.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Технической задачей изобретения является создание такого способа съема данных ЭКГ и реограммы с водителя транспортного средства при помощи пары электродов, размещенных на руле транспортного средства, обеспечивающего получение высокоточных ЭКГ и реограммы, очищенных от помех, лежащих в частотном диапазоне полезного сигнала, которые нельзя удалить обычными частотными фильтрами. Полученные таким образом данные ЭКГ и реограммы возможно использовать не только с целью определения состояния водителя, но и для идентификации и верификации личности водителя по данным ЭКГ и полному импедансу (комплексному сопротивлению) водителя. При этом для снятия ЭКГ и реограммы (импеданса) достаточно всего лишь пары электродов.An object of the invention is the creation of such a method of acquiring ECG data and rheograms from the driver of a vehicle using a pair of electrodes placed on the steering wheel of a vehicle, which provides high-precision ECGs and rheograms cleared of interference lying in the frequency range of the useful signal that cannot be removed by conventional frequency filters. The ECG data and rheograms thus obtained can be used not only to determine the driver’s condition, but also to identify and verify the driver’s identity according to the ECG and the impedance (complex resistance) of the driver. In this case, to remove the ECG and rheogram (impedance), only a pair of electrodes is enough.

Техническим результатом является снижение количества шумов в сигналах ЭКГ, регистрируемых с рук водителя транспортного средства посредством пары электродов. Дополнительным преимуществом заявленного решения является снижение количества шумов в сигналах реограммы, регистрируемых с рук водителя транспортного средства посредством пары электродов, и получение информации о фазе несущей сигнала реограммы. Для достижения данного технического результата был разработан способ съема данных ЭКГ с водителя транспортного средства, в котором: с помощью по меньшей мере двух электродов, размещенных на руле транспортного средства, регистрируют с рук водителя исходный сигнал ЭКГ; регистрируют по меньшей мере одну частоту, вызывающую наводки на исходный сигнал ЭКГ; на основе измеренной по меньшей мере одной частоты, наводки на исходный сигнал ЭКГ, и выявленной по меньшей мере одной аналогичной частоты в исходном сигнале ЭКГ, синтезируют сигнал помехи (шум); вычитают сигнал помехи из исходного сигнала ЭКГ для получения данных ЭКГ с водителя транспортного средства. Аналогичным образом возможно синтезировать сигнал помехи на реограмме и вычитать сигнал помехи из исходного сигнала реограммы для получения данных реограммы с водителя транспортного средства. В этом случае частота, вызывающая шумовое воздействие (дрожание контакта) может быть выделена из данных по меньшей мере одного датчика ускорения - акселерометра, размещенного в руле.The technical result is to reduce the amount of noise in the ECG signals recorded from the hands of the driver of the vehicle through a pair of electrodes. An additional advantage of the claimed solution is to reduce the amount of noise in the rheogram signals recorded from the hands of the vehicle driver by means of a pair of electrodes, and to obtain information about the phase of the carrier signal of the rheogram. To achieve this technical result, a method was developed for acquiring ECG data from a driver of a vehicle, in which: using at least two electrodes placed on the steering wheel of a vehicle, the source ECG signal is recorded from the driver’s hands; registering at least one frequency causing interference to the original ECG signal; based on the measured at least one frequency, the pickup on the original ECG signal, and the detected at least one similar frequency in the original ECG signal, an interference signal (noise) is synthesized; subtract the interference signal from the original ECG signal to obtain ECG data from the driver of the vehicle. Similarly, it is possible to synthesize the interference signal on the rheogram and subtract the interference signal from the original rheogram signal to obtain rheogram data from the vehicle driver. In this case, the frequency causing a noise effect (jitter of the contact) can be extracted from the data of at least one acceleration sensor - an accelerometer located in the steering wheel.

Также было разработано устройство обработки данных для получения данных ЭКГ, выполненное с возможностью: получения исходного сигнала ЭКГ, регистрируемого с помощью по меньшей мере двух электродов, размещенных на руле транспортного средства; получения сигнала помехи, синтезированного на основе измеренной по меньшей мере одной частоты, вызывающей наводки на исходный сигнал ЭКГ, и выявленной по меньшей мере одной аналогичной частоты в исходном сигнале ЭКГ; вычета сигнала помехи из исходного сигнала ЭКГ для получения данных ЭКГ водителя транспортного средства.It was also developed a data processing device for acquiring ECG data, configured to: obtain an initial ECG signal recorded by at least two electrodes located on the steering wheel of a vehicle; receiving an interference signal synthesized on the basis of the measured at least one frequency, causing interference to the original ECG signal, and detected at least one similar frequency in the original ECG signal; subtracting the interference signal from the original ECG signal to obtain the ECG data of the vehicle driver.

Для получения данных реограммы используется по меньшей мере одна несущая на разных частотах с возможностью автоматического выбора несущей частоты, свободной от помех. Также используется цифровой квадратурный смеситель для получения полной информации об импедансе (амплитуды и фазы). Такое решение дает преимущество перед другими способами выделения сигнала реограммы по точности и информативности (в частности, аналоговым способом с использованием узкополосного усилителя).To obtain rheogram data, at least one carrier at different frequencies is used with the possibility of automatically selecting a carrier frequency that is free of interference. A digital quadrature mixer is also used to obtain complete impedance information (amplitudes and phases). This solution gives an advantage over other methods of isolating the rheogram signal in terms of accuracy and information content (in particular, by the analog method using a narrow-band amplifier).

По полученным данным ЭКГ возможно не только проводить более качественную диагностику водителя транспортного средства, но и осуществить более точную идентификацию и верификацию личности (авторизации) водителя.According to the obtained ECG data, it is possible not only to conduct better diagnostics of the vehicle driver, but also to carry out more accurate identification and verification of the driver’s personality (authorization).

Сигнал реограммы и информация задержки фазы несущей сигнала реограммы могут дополнять индивидуальные признаки личности (биометрику) водителя и использоваться совместно с данными ЭКГ для целей авторизации (аутентификации).The rheogram signal and phase delay information of the rheogram carrier signal can complement the individual personality traits (biometrics) of the driver and be used in conjunction with ECG data for authorization (authentication).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Для лучшего понимания сущности изобретения, и чтобы более ясно показать, каким образом оно может быть осуществлено, далее будет сделана ссылка, лишь в качестве примера, на прилагаемые чертежи, на которых:For a better understanding of the essence of the invention, and to more clearly show how it can be implemented, hereinafter, reference will be made, only as an example, to the accompanying drawings, on which:

фиг. 1 - пример технической схемы системы для осуществления способа съема ЭКГ с водителя транспортного средства.FIG. 1 is an example of a technical diagram of a system for implementing a method of acquiring an ECG from a vehicle driver.

фиг. 2 - пример подключения средств для съема данных реограммы к технической схеме системы для реализации способа.FIG. 2 is an example of connecting means for acquiring rheogram data to the technical scheme of the system for implementing the method.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Пример реализации заявленного способа далее подробно будет описан со ссылкой на фиг. 1, на котором представлена упрощенная техническая схема системы 100, реализующей способ съема данных ЭКГ водителя транспортного средства, такого, как автомобиль.An example implementation of the inventive method will now be described in detail with reference to FIG. 1, which shows a simplified technical diagram of a system 100 that implements a method of acquiring ECG data of a driver of a vehicle, such as a car.

Перед началом движения или во время движения водитель, управляя транспортным средством, охватывает ладонями рук руль и размещенные на нем электроды, выполненные, например, в виде токопроводящих вкладышей, или покрытия, изготовленного с использованием токопроводящей ткани, резины, краски или иного токопроводящего материала, размещенных по всему радиусу руля. Дополнительно по меньшей мере один электрод может быть размещен на рычаге коробки передач. Устройство обработки данных 11 определяет пару электродов, которая задействована, вследствие контакта рук водителя с электродами, с которых в дальнейшем будет осуществляться регистрация данных ЭКГ. Для определения задействованной пары контактов электродов используется информация об импедансе, получаемая при измерении реограммы. Соответственно, при перестановке рук регистрация данных ЭКГ будет осуществляться с другой пары контактов, что позволяет водителю не думать о положении рук для непрерывного (или с малыми паузами) съема данных ЭКГ даже во время движения и маневров. Если задействовано несколько пар электродов, то регистрация данных ЭКГ осуществляется с пары электродов, обладающей наименьшим сопротивлением (т.е. где лучший контакт).Before driving or while driving, the driver, driving the vehicle, covers the steering wheel with the palms of his hands and the electrodes placed on it, made, for example, in the form of conductive inserts, or a coating made using conductive fabric, rubber, paint or other conductive material placed over the entire radius of the steering wheel. Additionally, at least one electrode may be placed on the gear lever. The data processing device 11 determines the pair of electrodes that is involved due to contact of the driver’s hands with electrodes, from which ECG data will be recorded in the future. To determine the involved pair of electrode contacts, impedance information obtained by measuring the rheogram is used. Accordingly, when changing hands, ECG data will be recorded from another pair of contacts, which allows the driver not to think about the position of the hands for continuous (or with small pauses) ECG data reading even during movement and maneuvers. If several pairs of electrodes are involved, then ECG data is recorded from a pair of electrodes that has the least resistance (i.e., where is the best contact).

Информация о задействованной паре контактов также может использоваться устройством обработки данных 11, которое может быть реализовано на основе микроконтроллера или микропроцессора, или реализовано на базе вычислительного устройства, такого как бортовой компьютер, ПК или мобильное устройство связи (например, смартфон или планшет) или одноплатный компьютер, с целью обеспечивать функции автоматизированного управления автомобилем, определения положения рук на руле и/или рычаге коробки передач и контроля действий водителя по управлению автомобилем. Дополнительно устройство обработки данных 11 может быть оснащено запоминающим устройством, обеспечивающим хранение информации. В случае, если зарегистрирована потеря управления, устройство обработки данных 11 может подать управляющие команды на систему управления автомобилем, например, чтобы снизить скорость или выполнить плавную остановку транспортного средства, включить аварийную сигнализацию и т.д. Также может быть задан порог скорости, при которой водитель обязан держать руль двумя руками для безопасности вождения или обеспечить помощь начинающим водителям приучиться правильно держать руки на руле посредством напоминания водителю с помощью звуковых или речевых сигналов.The information about the contact pair involved can also be used by the data processing device 11, which can be implemented on the basis of a microcontroller or microprocessor, or implemented on the basis of a computing device, such as an on-board computer, PC or mobile communication device (for example, a smartphone or tablet) or a single-board computer , in order to provide the functions of automated control of the car, determining the position of the hands on the steering wheel and / or gear lever and monitoring the driver’s control by car. Additionally, the data processing device 11 may be equipped with a storage device for storing information. In the event that a loss of control is detected, the data processing device 11 can send control commands to the car control system, for example, to reduce the speed or to make the vehicle stop smoothly, turn on the alarm, etc. You can also set a speed threshold at which the driver is required to hold the steering wheel with both hands for safe driving or to provide assistance to novice drivers to learn how to keep their hands on the steering wheel correctly by reminding the driver using sound or speech signals.

После того, как задействованная пара контактов определена, начинается этап регистрации с рук водителя исходного сигнала ЭКГ с помощью по меньшей мере двух электродов. В соответствии с приведенной на фиг. 1 упрощенной схемой системы 100, исходный сигнал ЭКГ поступает с электродов 1 и 2 на дифференциальный усилитель 3, затем на АЦП 4, где он преобразуется в цифровую форму и поступает в устройство обработки данных 11 для дальнейшей обработки. Дифференциальный усилитель 3 и АЦП 4 также могут быть реализованы в одной микросхеме, т.н. "фронт-энд".After the involved pair of contacts is determined, the stage of registration from the driver’s hands of the initial ECG signal with the help of at least two electrodes begins. In accordance with FIG. 1 a simplified diagram of the system 100, the original ECG signal is supplied from the electrodes 1 and 2 to a differential amplifier 3, then to the ADC 4, where it is converted to digital form and fed to the data processing device 11 for further processing. Differential amplifier 3 and ADC 4 can also be implemented in a single chip, the so-called front end.

Для устранения электрического шумового воздействия (помех), возникающих вследствие наводок работы оборудования автомобиля, одновременно с регистрацией исходного сигнал ЭКГ, регистрируют по меньшей мере одну частоту, вызывающую наводки на исходный сигнал ЭКГ. Например, для устранения синфазных наводок на исходный сигнал ЭКГ, по меньшей мере одну частоту регистрируют между водителем и общей цепью питания автомобиля следующим способом. Информация о по меньшей мере одной упомянутой частоте поступает на АЦП 5 с операционного усилителя 6 в виде сигнала, который его усиливает между средней точкой пары электродов, снятой с дифференциального усилителя 3, и аналоговой землей 7. Аналоговая земля 7 в свою очередь через паразитную емкость гальванической развязки соединена с общей цепью питания автомобиля, которая также соединена с корпусом автомобиля (на фиг. 1 не отображено).To eliminate the electrical noise impact (interference) arising due to interference from the operation of the vehicle’s equipment, at least one frequency that causes interference to the original ECG signal is recorded simultaneously with the registration of the original ECG signal. For example, to eliminate common-mode interference to the original ECG signal, at least one frequency is recorded between the driver and the vehicle’s common power circuit in the following way. Information about at least one of the mentioned frequencies is supplied to the ADC 5 from the operational amplifier 6 in the form of a signal that amplifies it between the midpoint of the pair of electrodes taken from the differential amplifier 3 and the analog ground 7. The analog ground 7, in turn, through the stray capacitance of the galvanic the junction is connected to a common vehicle power circuit, which is also connected to the car body (not shown in FIG. 1).

Далее информация о по меньшей мере одной частоте с АЦП 5, выделенная из сигнала анализатором частоты и фазы, таким как анализатор быстрого преобразования Фурье (далее по тексту анализатор БПФ) 9 поступает на синтезатор сигнала помехи 10. Также синтезатор сигнала помехи 10 через анализатор БПФ 8 принимает информацию о исходном сигнале ЭКГ с АЦП 4 для выявления по меньшей мере одной частоты в исходном сигнале ЭКГ, аналогичной по меньшей мере одной измеренной частоте, вызывающей наводки на исходный сигнал ЭКГ, для синтезирования сигнала помехи, т.е. фазы и амплитуда сигнала помехи подстраиваются по исходному сигналу ЭКГ. Данный сигнал помехи поступает в устройство обработки данных 11, которое в свою очередь модифицировано в программно-аппаратной части таким образом, чтобы обеспечить вычитание сигнала помехи из исходного сигнала ЭКГ для получения данных ЭКГ водителя автомобиля. Синтезатор сигнала помехи 10 может быть реализован на базе отдельного микроконтроллера или микропроцессора, или на базе устройства обработки данных 11, модифицированных в программно-аппаратной части соответствующим образом, чтобы реализовывать описанные в настоящей заявке функций синтезатора сигнала помехи 10.Further, information about at least one frequency with ADC 5 extracted from the signal by a frequency and phase analyzer, such as a fast Fourier transform analyzer (hereinafter referred to as an FFT analyzer) 9 is fed to an interference signal synthesizer 10. Also, an interference signal synthesizer 10 through an FFT analyzer 8 receives information about the original ECG signal from ADC 4 to detect at least one frequency in the original ECG signal, similar to at least one measured frequency, causing interference to the original ECG signal to synthesize the interference signal, t. e. the phases and amplitude of the interference signal are adjusted according to the original ECG signal. This interference signal enters the data processing device 11, which, in turn, is modified in the software and hardware so as to ensure that the interference signal is subtracted from the original ECG signal to obtain the ECG data of the car driver. The interference signal synthesizer 10 can be implemented on the basis of a separate microcontroller or microprocessor, or on the basis of the data processing device 11, modified in the hardware and software part accordingly to implement the functions of the interference signal synthesizer 10 described in this application.

Дополнительно синтезатор сигнала помех 10 может синтезировать сигнал помехи с учетом по меньшей мере одной частоты, вызывающей наводки на исходный сигнал ЭКГ, регистрируемой с помощью антенны, которая размещается вблизи источника помех или вблизи водителя, и/или другом месте внутри автомобиля, где улавливается сигнал наводки. Соответственно, по меньшей мере одна частота, регистрируемая с помощью упомянутой антенны, обрабатывается АЦП 12 и анализатором БПФ 14 и поступает на синтезатор сигнала помех 10. Аналогичным образом информация о по меньшей мере одной частоте с бортового питания автомобиля и/или от других источников питания автомобиля поступает на синтезатор сигнала помех 10 через блок преобразования информации 13 и анализатор БПФ 15. Блок преобразования сигнала 13 может быть реализован на базе АЦП, подключаемого к контактам бортового питания автомобиля через делитель напряжения, либо через фильтр верхних частот и усилитель, если не хватает разрешения АЦП, либо напрямую. Анализаторы БПФ 8, 9, 14, 15 и АЦП 12 и 13 могут быть выполнены как в виде отдельных самостоятельных устройств, так и могут быть реализованы на базе единого микроконтроллера или микропроцессора, в том числе, на базе устройства обработки данных 11, модифицированных в программно-аппаратной части соответствующим образом.Additionally, the interfering signal synthesizer 10 can synthesize the interfering signal taking into account at least one frequency causing interference to the original ECG signal detected by an antenna located near the interference source or near the driver, and / or another place inside the vehicle where the pickup signal is detected . Accordingly, at least one frequency detected by the aforementioned antenna is processed by the ADC 12 and the FFT analyzer 14 and fed to the noise signal synthesizer 10. Similarly, information about at least one frequency from the vehicle’s onboard power supply and / or from other vehicle power sources enters the synthesizer of the interference signal 10 through the information conversion unit 13 and the FFT analyzer 15. The signal conversion unit 13 can be implemented on the basis of the ADC connected to the on-board power supply contacts of the car through elitel voltage, or through high-pass filter and an amplifier, if not enough resolution ADC or directly. FFT analyzers 8, 9, 14, 15 and ADCs 12 and 13 can be implemented as separate independent devices, or they can be implemented on the basis of a single microcontroller or microprocessor, including the data processing device 11, modified in software - the hardware part accordingly.

Таким образом, сигнал помехи синтезируется не только на основе частот, регистрируемых между водителем и общей цепью питания автомобиля, но и с учетом частот, регистрируемых антенной и/или возникающих, вследствие работы всей бортовой электроники автомобиля (системы зажигания, системы кондиционирования, источника питания: генератора).Thus, the interference signal is synthesized not only on the basis of the frequencies recorded between the driver and the vehicle’s common power circuit, but also taking into account the frequencies recorded by the antenna and / or arising due to the operation of all the vehicle’s on-board electronics (ignition system, air conditioning system, power source: generator).

Также сигнал помехи может синтезироваться с учетом по меньшей мере одной частоты, вызывающей наводки на исходный сигнал ЭКГ, и возникающей вследствие: работы генератора и/или возникновения искры зажигания, которое срабатывает при работе двигателя, и/или работы электродвигателя на воздуходув. Для регистрации наводок от системы зажигания используется упомянутая ранее антенна, которая может размещаться вблизи высоковольтного кабеля системы зажигания, а регистрация наводок от генератора и электродвигателя на воздуходув осуществляется посредством измерения напряжения с бортового питания в одном или нескольких местах, как вариант: отдельно на выходе генератора и отдельно на входе питания двигателя воздуходува. Соответственно, при изменении числа оборотов двигателя, изменение частоты наводки также будет регистрироваться на выходе генератора.Also, the interference signal can be synthesized taking into account at least one frequency that causes pickups on the original ECG signal, and arising from: the operation of the generator and / or the occurrence of an ignition spark, which is triggered when the engine is running, and / or the operation of the electric motor on the blower. To register interference from the ignition system, the aforementioned antenna is used, which can be located near the high-voltage cable of the ignition system, and registration of interference from the generator and the electric motor to the blower is carried out by measuring voltage from the onboard power supply in one or several places, as an option: separately at the generator output and separately at the power input of the blower motor. Accordingly, when the engine speed changes, the change in the pickup frequency will also be recorded at the generator output.

Все полученные частоты обрабатываются описанным ранее способом для синтезирования сигнала помехи.All received frequencies are processed as described previously to synthesize the interference signal.

Устройство обработки данных 11 дополнительно может быть выполнено с возможностью получения данных реограммы с той же пары электродов, с помощью которой обеспечивается снятие данных ЭКГ. Для обеспечения данной возможности необходимо оснастить систему 100 дополнительными техническими средствами. Далее данные технические средства будет описан со ссылкой на фиг. 2.The data processing device 11 can additionally be configured to receive rheogram data from the same pair of electrodes, by which the ECG data is taken. To ensure this opportunity, it is necessary to equip the system 100 with additional technical means. Next, these technical means will be described with reference to FIG. 2.

В частности, для снятия исходного сигнала реограммы в систему 100 дополнительно введены генератор тактовой частоты 15, управляемый устройством обработки данных 11, генератор 16 подкачки (несущей сигнала реограммы) с дифференциальным токовым выходом, НЧ фильтры 17, 19 и 20, и квадратурный смеситель 18. Сигнал подкачки реограммы обычно представляет собой сигнал частотой 16-300 кГц (до 1 МГц в некоторых применениях), подаваемый на человека через ту же пару электродов, с которых происходит регистрация данных ЭКГ. Генератор 16 сигнала подкачки и АЦП 4 тактируются от генератора тактовой частоты 15, обеспечивая тем самым синхронную оцифровку исходного сигнала ЭКГ и генерацию сигнала подкачки, причем частота дискретизации АЦП 4 должна быть выше частоты сигнала подкачки (минимум в 2 раза по теореме Котельникова). Синхронное цифровое преобразование требуется для того, чтобы затем было легко разделить эти сигналы без взаимного влияния. Таким образом, на АЦП 4 через дифференциальный усилитель 3 с пары электродов 1 и 2 обеспечивается как поступления исходного сигнала ЭКГ, так и сигнала реограммы.In particular, in order to record the initial rheogram signal, a clock frequency 15, controlled by the data processing device 11, a swap generator (rheogram signal carrier) with differential current output, low-pass filters 17, 19 and 20, and a quadrature mixer 18 are additionally introduced into the system 100. The rheogram pumping signal is usually a signal with a frequency of 16-300 kHz (up to 1 MHz in some applications) supplied to a person through the same pair of electrodes from which ECG data is recorded. The pumping signal generator 16 and the ADC 4 are clocked from the clock generator 15, thereby ensuring synchronous digitization of the original ECG signal and the generation of the pumping signal, and the sampling frequency of the ADC 4 should be higher than the frequency of the pumping signal (at least 2 times by Kotelnikov's theorem). Synchronous digital conversion is required so that it is then easy to separate these signals without interference. Thus, on the ADC 4 through the differential amplifier 3 with a pair of electrodes 1 and 2, both the input of the initial ECG signal and the rheogram signal are provided.

Исходный сигнал ЭКГ выделяется с помощью фильтра НЧ 17, подключенного к выходу АЦП 4. НЧ фильтр 17 обычно представляет собой скользящее среднее третьего порядка (sinc-фильтр) с периодом, кратным периоду сигнала подкачки. Далее выделенный исходный сигнал ЭКГ обрабатывается устройством обработки информации 11 и синтезатором сигнала помех описанным выше способом для получения данных ЭКГ водителя автомобиля.The original ECG signal is extracted using the low-pass filter 17 connected to the output of the ADC 4. The low-pass filter 17 is usually a third-order moving average (sinc filter) with a period that is a multiple of the period of the swap signal. Next, the extracted source ECG signal is processed by the information processing device 11 and the interference signal synthesizer in the manner described above to obtain ECG data of the car driver.

Сигнал реограммы выделяется с помощью квадратурного смесителя 18. Для работы цифрового квадратурного смесителя 18 удобно, чтобы частота дискретизации АЦП 4 превышала частоту несущей сигнала реограммы (подкачки) в 4 раза. Тогда вычисления сводятся к операциям сложения и вычитания, так как периоды синуса и косинуса по 4-м точкам описываются последовательностями: Fsin=[0 1 0-1], Fcos=[1 0-1 0].The rheogram signal is extracted using the quadrature mixer 18. For the operation of the digital quadrature mixer 18, it is convenient that the sampling frequency of the ADC 4 exceeds the frequency of the carrier signal of the rheogram (swap) by 4 times. Then the calculations are reduced to the operations of addition and subtraction, since the periods of sine and cosine at 4 points are described by the sequences: Fsin = [0 1 0-1], Fcos = [1 0-1 0].

На вход квадратурного смесителя 18 подается сигнал S с АЦП 4. Опорным сигналом REF выступает цифровой сигнал, синхронно повторяющий токовый выход генератора сигнала подкачки 16. На выходе квадратурного смесителя 18 получается пара сопряженных сигналов I и Q. После выделения сигналов I и Q в квадратурном смесителе данные сигналы проходят через фильтры НЧ 19 и 20 соответственно для получения реальной (Re) и мнимой (Im) части сигнала, характеризующего полный импеданс. Обычно используют фильтр скользящего среднего 3-го порядка (sinc-фильтр) с периодом кратным частоте несущей сигнала реограммы.At the input of the quadrature mixer 18, the signal S with ADC 4 is supplied. The reference signal REF is a digital signal that synchronously repeats the current output of the pumping signal generator 16. At the output of the quadrature mixer 18, a pair of conjugated signals I and Q are obtained. After I and Q signals are extracted in the quadrature mixer These signals pass through the low-pass filters 19 and 20, respectively, to obtain the real (Re) and imaginary (Im) parts of the signal characterizing the full impedance. Usually, a 3rd order moving average filter (sinc filter) with a period multiple of the rheogram carrier frequency is used.

Далее сигналы Re и Im используются для вычисления посредством устройства обработки данных 11 амплитуды и фазы по формулам:Further, the signals Re and Im are used to calculate the amplitude and phase according to the formulas by means of the data processing device 11:

Figure 00000001
где U - напряжение, огибающая амплитуды сигнала несущей;
Figure 00000001
where U is the voltage envelope of the amplitude of the carrier signal;

Figure 00000002
где φ - фазовая задержка напряжения сигнала несущей, относительно тока.
Figure 00000002
where φ is the phase delay of the voltage of the carrier signal, relative to the current.

Далее исходный сигнал реограммы вычисляется по закону Ома:Next, the initial rheogram signal is calculated according to Ohm's law:

Figure 00000003
где R - сопротивление (реограмма), а I - известный ток, подаваемый с генератора сигнала подкачки 16.
Figure 00000003
where R is the resistance (rheogram), and I is the known current supplied from the pumping signal generator 16.

В альтернативном варианте реализации заявленного решения сигналы S и REF подаются на устройство обработки данных 11, где происходит их квадратурное смешивание и вычисление сигналов Re и Im и, далее, исходного сигнала реограммы и данных фазовой задержки напряжения сигнала несущей, описанным выше способом. Данные ЭКГ и реограммы (полного импеданса) хранятся в запоминающем устройстве устройства обработки данных 11 и могут быть отображены в графическом виде на различных устройствах отображения информации, в том числе, подключенных к выходу устройства обработки данных 11.In an alternative implementation of the claimed solution, the signals S and REF are supplied to the data processing device 11, where they are quadrature mixed and the signals Re and Im are calculated and, further, the initial rheogram signal and the phase delay data of the carrier signal voltage are described above. ECG data and rheograms (full impedance) are stored in the storage device of the data processing device 11 and can be displayed in graphical form on various information display devices, including those connected to the output of the data processing device 11.

Опционально, представленное решение возможно модифицировать таким образом, чтобы обеспечить устранение механических шумовых воздействий, создающих шумовые сигналы в исходных сигналах ЭКГ и/или сигналах реограммы. Для обеспечения данной задачи дополнительно размещают датчики ускорения - акселерометры в руле и в рычаге переключения скоростей таким образом, чтобы обеспечить регистрацию сигналов ускорения, возникающих вследствие вибрации, вызывающей дрожание контактов между руками и электродами. Дрожание контактов появляется вследствие: работы двигателя и коробки передач, вращения колес, работы подвески (сглаживание скачков/ям на дороге), качания амортизаторов, вибраций, обусловленных жесткостью кузова, подвески, руля и т.д. при движении транспортного средства.Optionally, the presented solution can be modified in such a way as to ensure the elimination of mechanical noise influences that create noise signals in the original ECG signals and / or rheogram signals. To ensure this task, acceleration sensors are additionally placed - accelerometers in the steering wheel and in the gearshift lever in such a way as to ensure the registration of acceleration signals resulting from vibration causing jitter of contacts between hands and electrodes. The jitter of the contacts appears due to: engine and gearbox operation, wheel rotation, suspension work (smoothing jumps / holes on the road), shock absorber swings, vibrations caused by the rigidity of the body, suspension, steering wheel, etc. when driving a vehicle.

Сигналы ускорения регистрируются датчиками ускорения в направлении от одной до 3-х осей, причем сигналы с 2-х и 3-х осевого акселерометра могут быть пересчитаны в один сигнал - проекцию вектора ускорения на вектор веса рук, находящихся в контакте с электродами. Полученные сигналы ускорения анализируются анализатором частоты и фазы, например, анализатором БПФ, для определения частотного и фазового спектра сигналов, на основе которых синтезатор сигнала помех 10 синтезирует сигнал помехи, который вычитается устройством обработки данных 11 из исходного сигнала ЭКГ и/или сигнала реограммы для получения данных ЭКГ и/или реограммы водителя транспортного средства, очищенных от шумовых сигналов, возникающих вследствие механических шумовых воздействий.Acceleration signals are recorded by acceleration sensors in the direction from one to 3 axes, and the signals from 2 and 3 axis accelerometers can be converted into one signal - the projection of the acceleration vector onto the weight vector of the hands in contact with the electrodes. The obtained acceleration signals are analyzed by a frequency and phase analyzer, for example, an FFT analyzer, to determine the frequency and phase spectrum of the signals, based on which the interference signal synthesizer 10 synthesizes the interference signal, which is subtracted by the data processing device 11 from the original ECG signal and / or rheogram signal to obtain ECG data and / or rheograms of the vehicle driver, cleared of noise signals resulting from mechanical noise influences.

Для более эффективного удаления непериодических (импульсных) шумов анализатор БПФ модифицируется таким образом, чтобы анализировать спектр непериодического сигнала, причем для синтезирования сигнала помехи и вычитания его из измеренного сигнала можно хранить в памяти запоминающего устройства модель передаточной функции датчика (карту усредненных коэффициентов преобразования амплитуды и фазы для всех частот), полученной при анализе периодических шумов. Дополнительно показания датчиков ускорения возможно использовать для устранения, известными из уровня техники методами, артефактов движения, возникающих, например, при подруливании, когда возникают артефакты в сигнале ЭКГ из-за смещения контактов и добавляется мышечный шум в сигнале ЭКГ от напряжения рук.To more efficiently remove non-periodic (pulsed) noise, the FFT analyzer is modified to analyze the spectrum of a non-periodic signal, and to synthesize the interference signal and subtract it from the measured signal, you can store in the memory of the storage device a model of the transfer function of the sensor (a map of averaged amplitude and phase conversion coefficients for all frequencies) obtained in the analysis of periodic noise. In addition, the readings of acceleration sensors can be used to eliminate, by methods known from the prior art, motion artifacts that occur, for example, when steering, when artifacts occur in the ECG signal due to the displacement of the contacts and muscle noise is added to the ECG signal from the voltage of the hands.

В одном примере реализации заявленного решения, данные ЭКГ и реограммы снимаются непрерывно с нескольких пар электродов, причем по данным реограммы устройство обработки данных 11 определяет значение сопротивления и сравнивает его с заданными пороговыми значениями (порог с гистерезисом), сохраненными, например, в запоминающем устройстве. Пара электродов определяется устройство обработки данных 11 как задействованная в случае, если ее значение сопротивления ниже порогового значения. Соответственно, те пары электродов, значение сопротивления которых выше порогового значения, определяются устройством обработки данных 11 как не задействованные. Если значения сопротивления нескольких пар ниже порогового значения, то устройство обработки данных 11 считает задействованной ту пару, значение сопротивления которой является наименьшим (т.е. с которой контакт рук водителя лучший).In one example of the implementation of the claimed solution, ECG data and rheograms are continuously taken from several pairs of electrodes, and according to rheogram data, the data processing device 11 determines the resistance value and compares it with predetermined threshold values (threshold with hysteresis) stored, for example, in a storage device. A pair of electrodes is determined by the data processing device 11 as involved if its resistance value is below a threshold value. Accordingly, those electrode pairs whose resistance value is higher than the threshold value are determined by the data processing device 11 as not involved. If the resistance values of several pairs are lower than the threshold value, then the data processing device 11 considers that the pair whose resistance value is the smallest (i.e., with which the driver’s hands contact is the best) is involved.

В альтернативном варианте реализации заявленного решения, определение задействованной пары осуществляется с помощью дополнительных мультиплексора и измерителя, который регистрирует данные ЭКГ и реограммы. Мультиплексор обеспечивает последовательное подключение пар электродов к одному измерителю для определения их значения сопротивления с целью поиска задействованной пары электродов. Соответственно, как и в предыдущем примере реализации заявленного решения, пара электродов определяется как задействованная в случае, если ее значение сопротивления ниже порогового значения. Информация о задействованной паре далее передается в устройство обработки информации 11.In an alternative implementation of the claimed solution, the determination of the involved pair is carried out using additional multiplexer and meter, which records ECG data and rheograms. The multiplexer provides a serial connection of pairs of electrodes to a single meter to determine their resistance values in order to search for the involved pair of electrodes. Accordingly, as in the previous example of the implementation of the claimed solution, a pair of electrodes is determined to be involved if its resistance value is below a threshold value. Information about the involved pair is then transmitted to the information processing device 11.

Также возможна комбинация указанных выше примеров реализации заявленного решения. В таком случае электроды разделяются на группы (сегменты), а мультиплексор осуществляет последовательное подключение пар электродов к измерителям для определения их значения сопротивления внутри каждой группы, причем у каждой группы электродов свой измеритель, который регистрирует данные ЭКГ и реограммы с группы (на выходе мультиплексора) непрерывно. Информация о задействованной паре также передается в устройство обработки информации 11.A combination of the above examples of the implementation of the claimed solution is also possible. In this case, the electrodes are divided into groups (segments), and the multiplexer sequentially connects the pairs of electrodes to the meters to determine their resistance values inside each group, and each group of electrodes has its own meter, which records ECG data and rheograms from the group (at the output of the multiplexer) continuously. Information about the involved pair is also transmitted to the information processing device 11.

В опциональном упрощенном варианте задействованная пара контактов может быть определена по наиболее чистому сигналу ЭКГ и по характеру шумов (например, "зашкаливание" усилителей при обрыве).In an optional simplified version, the involved pair of contacts can be determined by the purest ECG signal and by the nature of the noise (for example, amplifiers “going off scale” during a break).

Устройство обработки данных 11 также может быть выполнено с возможностью осуществлять идентификацию и/или верификацию личности водителя автомобиля посредством сравнения полученного высокоточного ЭКГ с сохраненными ранее в запоминающем устройстве образцами, соответствующими заранее известным пользователям автомобиля. Дополнительно в запоминающее устройство могут быть добавлены образцы реограмм (включая полный импеданс - комплексное сопротивление) пользователей автомобиля, а идентификация и/или верификация личности водителя автомобиля с целью учета дополнительных индивидуальных признаков может осуществляться на основе регистрируемых данных ЭКГ и реограммы. Функция идентификация личности водителя по данным ЭКГ или по данным ЭКГ и реограммы (и полному импедансу) позволяет в дальнейшем устройству обработки данных 11 осуществляться автоматическую настройку зеркал, сиденья водителя, положения руля и других опций (голос навигатора, станция радио и т.п.) в соответствии с предпочтениями идентифицированного водителя, а функция верификации личности по данным ЭКГ позволяет предоставлять или блокировать доступ к управлению или пользованию автомобилем, вызывать полицию при несанкционированной попытке вождения (с учетом наличия дополнительных средств связи и сигнализации) и т.п. Функция верификация по данным ЭКГ или по ЭКГ и реограмме в том числе может выступать дополнительной ступенью защиты от угона автомобиля при использовании нескольких степеней защиты, например, в системах двойной или тройной авторизации (многофакторной аутентификации) пользователя автомобилем.The data processing device 11 may also be configured to identify and / or verify the identity of the vehicle driver by comparing the resulting high-precision ECG with samples previously stored in the storage device corresponding to previously known car users. In addition, rheogram samples (including full impedance - complex resistance) of car users can be added to the storage device, and identification and / or verification of the identity of the car driver in order to take into account additional individual characteristics can be based on the recorded ECG and rheogram data. The driver’s identification function according to ECG or ECG and rheogram data (and full impedance) allows further data processing device 11 to automatically configure mirrors, driver's seat, steering wheel position and other options (navigator voice, radio station, etc.) in accordance with the preferences of the identified driver, and the identity verification function according to ECG data allows you to provide or block access to control or use the car, call the police in case of an unauthorized attempt e driving (subject to the availability of additional means of communication and signaling), etc. The verification function based on ECG or ECG and rheogram data can also be an additional step in protecting against car theft when using several degrees of protection, for example, in double or triple authorization systems (multi-factor authentication) of a car user.

Также с целью повышения защиты и предотвращения несанкционированного доступа к автомобилю, например, с помощью устройств, имитирующих водителя, сигналы реограммы могут регистрироваться на разных частотах несущей. Для обеспечения данной задачи генератор 16 сигнала подкачки может быть сконфигурирован таким образом, чтобы генерируемый им сигнал подкачки содержал несколько разных частот, а квадратурный смеситель 18 сконфигурирован так, чтобы выделять амплитуду каждой частоты, на основе которых вычисляется описанным ранее методом реограмма, причем выбор частоты несущей, свободной от помех, осуществляется в ручном или в автоматическом режиме.Also, in order to increase protection and prevent unauthorized access to the car, for example, using devices simulating a driver, rheogram signals can be recorded at different carrier frequencies. To ensure this task, the swap signal generator 16 can be configured so that the swap signal generated by it contains several different frequencies, and the quadrature mixer 18 is configured to extract the amplitude of each frequency, based on which the rheogram is calculated earlier, and the choice of carrier frequency free from interference, carried out in manual or automatic mode.

В альтернативном варианте, генератор 16 сигнала подкачки может быть сконфигурирован так, чтобы последовательно генерировать сигнал подкачки, меняя частоту несущей (т.е. перебором частот), а синхронный детектор сигнала подкачки 18, соответственно, сконфигурирован так, чтобы выделять сигнал подкачки на различных частотах, на основе которых вычисляется описанным ранее методом данные реограммы и полной импеданс водителя (амплитуда и фаза).Alternatively, the swap signal generator 16 may be configured to sequentially generate a swap signal by changing the carrier frequency (i.e., frequency sweeping), and the synchronous swap signal detector 18, respectively, is configured to extract the swap signal at different frequencies on the basis of which rheogram data and the total impedance of the driver (amplitude and phase) are calculated by the method described previously.

На основе данных реограммы, полученных на разных частотах, и информации о фазе несущей сигнала реограммы может быть вычислена модель электрического импеданса водителя, как биологического объекта (например, модель Коула).Based on the rheogram data obtained at different frequencies and information on the phase of the rheogram carrier signal, a model of the electrical impedance of the driver as a biological object (for example, the Cole model) can be calculated.

Так как разные ткани человека на разных частотах имеют разную проводимость, а подделать импедансные свойства - сверхсложная задача, описанное выше решение позволит повысить точность идентификации и верификации конкретной личности по ЭКГ и реограмме, особенно в тех случаях, когда ЭКГ водителя перехвачено устройством, имитирующим ЭКГ человека.Since different human tissues at different frequencies have different conductivity, and faking impedance properties is an extremely difficult task, the solution described above will improve the accuracy of identification and verification of a specific person by ECG and rheogram, especially in cases where the driver’s ECG is intercepted by a device that simulates a human ECG .

Также устройство обработки данных 11 может быть выполнено с возможностью по полученным данным ЭКГ проводить более точную диагностику для выявления аритмий с целью предоставить, например, на дисплей бортового компьютера, рекомендации водителю воздержаться от дальних поездок или отдохнуть, и/или отправить ЭКГ врачу или вызвать скорую помощь в случае обнаружения серьезного нарушения ритма или предвестников угрожающих или жизнеопасных аритмий. Устройство обработки данных 11 может быть также выполнено с возможностью в динамике следить за данными ЭКГ и по различным признакам, например, по частоте сердечных сокращений, определять степень усталости водителя с целью рекомендовать остановиться и отдохнуть. В случае выявления серьезного нарушения ритма или предвестников угрожающих или жизнеопасных аритмий, устройство обработки данных 11 генерирует команды на систему управления автомобилем для выполнения плавной остановки автомобиля. В альтернативном варианте реализации заявленного решения, устройство обработки данных 11 осуществляет упомянутую диагностику по полученным данным ЭКГ и реограммы, а также позволяет анализировать электрическую активность кожи (проводимость) для оценки психофизиологического состояния водителя и предупреждения засыпания за рулем. Устройство также может использоваться в телемедицине.Also, the data processing device 11 can be configured to perform more accurate diagnostics for the detection of arrhythmias based on the obtained ECG data in order to provide, for example, on-board computer displays, recommendations to the driver to refrain from long trips or rest, and / or send an ECG to a doctor or call an ambulance help in case of detection of a serious rhythm disturbance or precursors of threatening or life-threatening arrhythmias. The data processing device 11 can also be configured to dynamically monitor ECG data and, for various signs, for example, heart rate, determine the degree of driver fatigue in order to recommend stopping and resting. In the event of a serious rhythm disturbance or precursors of threatening or life-threatening arrhythmias, the data processing device 11 generates commands to the car control system to perform a smooth stop of the car. In an alternative implementation of the claimed solution, the data processing device 11 performs the aforementioned diagnostics according to the obtained ECG and rheogram data, and also allows you to analyze the electrical activity of the skin (conductivity) to assess the psychophysiological state of the driver and prevent falling asleep while driving. The device can also be used in telemedicine.

Настройка системы 100 и ввод образцов ЭКГ или реограмм для идентификации и верификации личности, а также реализация некоторых дополнительных опций, таких как просмотр ЭКГ и/или реограммы и результатов анализа в реальном времени, отправка ЭКГ и/или реограммы врачу, вызов неотложной помощи и т.п., может происходить при помощи мобильного вычислительного устройства связи, такого как смартфон, ноутбук, планшет и т.д., с установленным на нем приложением, обеспечивающим конфиденциальность передачи и хранения данных. Первоначальная защита доступа, возможность сброса настроек, ввод новых параметров и т.д. может обеспечиваться с помощью упомянутого мобильного вычислительного устройства связи и доступных ему способов верификации личности.Setting up system 100 and inputting ECG samples or rheograms for identification and verification of personality, as well as implementing some additional options, such as viewing an ECG and / or rheogram and analysis results in real time, sending an ECG and / or rheogram to a doctor, calling an emergency, etc. .p., can occur using a mobile computing device, such as a smartphone, laptop, tablet, etc., with an application installed on it that ensures the confidentiality of data transmission and storage. Initial access protection, the ability to reset settings, enter new parameters, etc. can be provided using the aforementioned mobile computing communication device and methods of verification of personality available to it.

Таким образом, в представленном решении обеспечивается попарное измерение сопротивления между контактами, определение пары контактов, которые в настоящий момент способны регистрировать данные ЭКГ и реограммы, с непрерывным контролем обрыва одних контактов и включением других, когда человек перехватывает руль или даже когда одной рукой держится за руль, а второй за рычаг. Система способна работать автономно без выхода в интернет. Необходимый анализ данных ЭКГ для целей идентификации и верификации водителя и оценки его физиологического состояния также осуществляется автономно.Thus, the presented solution provides a pairwise measurement of the resistance between the contacts, determining the pair of contacts that are currently able to record ECG data and rheograms, with continuous monitoring of the breakdown of some contacts and the inclusion of others when a person grabs the wheel or even holds the wheel with one hand , and the second for the lever. The system is able to work autonomously without access to the Internet. The necessary analysis of ECG data for the purpose of identifying and verifying the driver and assessing his physiological state is also carried out autonomously.

Область применения представленного решения распространяется не только на автомобили, но и на любые транспортные средства, которыми управляет человек.The scope of the presented solution extends not only to cars, but also to any vehicles that a person drives.

Claims (45)

1. Способ съема данных электрокардиограммы (ЭКГ) с водителя транспортного средства, в котором1. A method of acquiring data of an electrocardiogram (ECG) from a driver of a vehicle in which с помощью по меньшей мере двух электродов, размещенных на руле транспортного средства, регистрируют с рук водителя исходный сигнал ЭКГ;using at least two electrodes located on the steering wheel of the vehicle, the initial ECG signal is recorded from the driver’s hands; регистрируют по меньшей мере одну частоту, вызывающую наводки на исходный сигнал ЭКГ;registering at least one frequency causing interference to the original ECG signal; на основе измеренной по меньшей мере одной частоты, вызывающей наводки на исходный сигнал ЭКГ, и выявленной по меньшей мере одной аналогичной частоты в исходном сигнале ЭКГ синтезируют сигнал помехи;on the basis of the measured at least one frequency, causing interference to the original ECG signal, and detected at least one similar frequency in the original ECG signal, an interference signal is synthesized; вычитают сигнал помехи из исходного сигнала ЭКГ для получения данных ЭКГ водителя транспортного средства.subtract the interference signal from the original ECG signal to obtain the ECG data of the driver of the vehicle. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одну частоту, вызывающую синфазные наводки на исходный сигнал ЭКГ, регистрируют между водителем и общей цепью питания транспортного средства.2. The method according to p. 1, characterized in that at least one frequency causing common-mode interference to the original ECG signal is recorded between the driver and the vehicle’s common power circuit. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что регистрируют по меньшей мере одну дополнительную частоту, вызывающую наводки на исходный сигнал ЭКГ, с помощью антенны, которая размещена в любом месте внутри транспортного средства, где улавливаются помехи.3. The method according to p. 2, characterized in that at least one additional frequency is recorded, causing interference to the original ECG signal, using an antenna that is located anywhere inside the vehicle where interference is detected. 4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что регистрируют по меньшей мере одну дополнительную частоту, вызывающую наводки на исходный сигнал ЭКГ, с бортового питания транспортного средства.4. The method according to p. 2, characterized in that register at least one additional frequency, causing interference to the original ECG signal from the vehicle's onboard power supply. 5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что регистрируют по меньшей мере одну дополнительную частоту, вызывающую наводки на исходный сигнал ЭКГ, возникающую вследствие работы генератора транспортного средства и зависящую от числа оборотов двигателя.5. The method according to p. 2, characterized in that at least one additional frequency is recorded, causing interference to the original ECG signal arising from the operation of the vehicle generator and depending on the engine speed. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна частота, вызывающая наводки на по меньшей мере один сигнал, полученный с рук водителя, возникает вследствие появления искры зажигания, которое срабатывает при работе двигателя.6. The method according to p. 1, characterized in that at least one frequency, causing interference to at least one signal received from the driver’s hands, occurs due to the appearance of an ignition spark, which is triggered when the engine is running. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна частота, вызывающая наводки на по меньшей мере один сигнал, полученный с рук водителя, возникает вследствие работы электрооборудования транспортного средства.7. The method according to p. 1, characterized in that at least one frequency, causing interference to at least one signal received from the driver’s hands, occurs due to the operation of the electrical equipment of the vehicle. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна частота, вызывающая наводки на по меньшей мере один сигнал, полученный с рук водителя, возникает вследствие работы электродвигателя на воздуходув.8. The method according to p. 1, characterized in that at least one frequency, causing interference to at least one signal received from the driver’s hands, occurs due to the operation of the electric motor on the blower. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один электрод дополнительно размещают на рычаге коробки передач.9. The method according to p. 1, characterized in that at least one electrode is additionally placed on the gear lever. 10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электроды размещаются по всему радиусу руля и представляют из себя токопроводящие вкладыши или покрытие, изготовленное с использованием токопроводящего материала.10. The method according to p. 1, characterized in that the electrodes are placed along the entire radius of the steering wheel and are conductive liners or a coating made using conductive material. 11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно определяют положение рук водителя на руле и/или рычаге коробки передач.11. The method according to p. 1, characterized in that it further determines the position of the driver's hands on the steering wheel and / or gear lever. 12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно на основе данных ЭКГ осуществляют идентификацию и/или верификацию личности водителя транспортного средства.12. The method according to p. 1, characterized in that additionally, based on the ECG data, identification and / or verification of the identity of the driver of the vehicle is carried out. 13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно регистрируют сигналы реограммы (импеданса) и получают данные реограммы (импеданса) водителя транспортного средства, причем идентификацию и/или верификацию личности водителя осуществляют на основе данных ЭКГ и реограммы.13. The method according to p. 1, characterized in that it additionally register the rheogram (impedance) signals and receive rheogram (impedance) data of the vehicle driver, and the identification and / or verification of the driver’s identity is carried out on the basis of ECG and rheogram data. 14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что при регистрации сигнала реограммы используется квадратурный смеситель для получения полной информации об импедансе (комплексном сопротивлении: амплитуде и фазовой задержке), причем информация о фазе несущей сигнала реограммы совместно с данными ЭКГ и реограммы используется для идентификации и/или верификации личности водителя транспортного средства.14. The method according to p. 13, characterized in that when recording the rheogram signal, a quadrature mixer is used to obtain complete information about the impedance (complex resistance: amplitude and phase delay), moreover, information about the phase of the carrier signal of the rheogram together with ECG and rheogram data is used for identification and / or verification of the identity of the driver of the vehicle. 15. Способ по п. 13, отличающийся тем, что сигналы реограммы, на основе которых получают данные реограммы водителя, регистрируются на разных частотах несущей, причем выбор частоты несущей, свободной от помех, осуществляется в ручном или в автоматическом режиме.15. The method according to p. 13, characterized in that the rheogram signals, on the basis of which the driver rheogram data is obtained, are recorded at different carrier frequencies, moreover, the selection of the carrier frequency, free from interference, is carried out in manual or automatic mode. 16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по полученным данным ЭКГ16. The method according to p. 1, characterized in that according to the obtained ECG data выявляют аритмии и предоставляют рекомендации водителю отдохнуть или воздержаться от дальних поездок, если выявлены нарушения сердечного ритма, и/или отправляют ЭКГ врачу или вызывают скорую помощь в случае обнаружения нарушения ритма, а также в случае выявления нарушения ритма выполняют плавную остановку транспортного средства;detect arrhythmias and provide recommendations to the driver to rest or to refrain from long trips if cardiac arrhythmias are detected, and / or send an ECG to the doctor or call an ambulance in case of detecting a rhythm disturbance, and also in the case of detecting a rhythm disturbance, perform a smooth stop of the vehicle; и/или определяют степень усталости водителя и отображают рекомендации остановиться и отдохнуть на основе определенной степени усталости.and / or determine the degree of fatigue of the driver and display recommendations to stop and rest based on a certain degree of fatigue. 17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно получают данные реограммы водителя, причем диагностика состояния водителя осуществляется на основе данных ЭКГ и реограммы.17. The method according to p. 1, characterized in that it further obtains driver rheogram data, moreover, the diagnosis of the driver’s condition is based on ECG and rheogram data. 18. Устройство обработки данных для получения данных ЭКГ, выполненное с возможностью18. A data processing device for acquiring ECG data, configured to получения исходного сигнала ЭКГ, регистрируемого с помощью по меньшей мере двух электродов, размещенных на руле транспортного средства;receiving an initial ECG signal recorded by at least two electrodes located on the steering wheel of the vehicle; получения сигнала помехи, синтезированного на основе измеренной по меньшей мере одной частоты, вызывающей наводки на исходный сигнал ЭКГ, и выявленной по меньшей мере одной аналогичной частоты в исходном сигнале ЭКГ;receiving an interference signal synthesized on the basis of the measured at least one frequency, causing interference to the original ECG signal, and detected at least one similar frequency in the original ECG signal; вычета сигнала помехи из исходного сигнала ЭКГ для получения данных ЭКГ водителя транспортного средства.subtracting the interference signal from the original ECG signal to obtain the ECG data of the vehicle driver. 19. Устройство по п. 18, отличающееся тем, что по меньшей мере одна частота, вызывающая синфазные наводки на исходный сигнал ЭКГ, регистрируется между водителем и общей цепью питания транспортного средства.19. The device according to p. 18, characterized in that at least one frequency causing common-mode interference to the original ECG signal is registered between the driver and the vehicle’s common power circuit. 20. Устройство по п. 18, отличающееся тем, что по меньшей мере одна частота, вызывающая наводки на исходный сигнал ЭКГ, регистрируется с бортового питания транспортного средства, и/или с электрооборудования транспортного средства, и/или с антенны, размещенной в любой части транспортного средства, где улавливается помеха: вблизи источника помех и/или вблизи водителя.20. The device according to p. 18, characterized in that at least one frequency causing interference to the original ECG signal is detected from the vehicle’s onboard power supply and / or from the vehicle’s electrical equipment and / or from an antenna located in any part vehicle where noise is caught: near the source of interference and / or near the driver. 21. Устройство по п. 18, отличающееся тем, что устройство обработки данных дополнительно выполнено с возможностью21. The device according to p. 18, characterized in that the data processing device is additionally configured to по полученным данным ЭКГ проводить диагностику водителя для выявления аритмий;according to ECG data, diagnose the driver to detect arrhythmias; и/или на основе данных ЭКГ осуществлять идентификацию и/или верификацию личности водителя транспортного средства.and / or based on ECG data, identify and / or verify the identity of the vehicle driver. 22. Устройство по п. 18, отличающееся тем, что устройство обработки данных дополнительно оснащено запоминающим устройством, обеспечивающим хранение информации, и выполнено с возможностью22. The device according to p. 18, characterized in that the data processing device is additionally equipped with a storage device for storing information, and is configured to выявлять аритмии и предоставлять рекомендации водителю отдохнуть или воздержаться от дальних поездок, если выявлены нарушения сердечного ритма, и/или отправлять ЭКГ врачу или вызывать скорую помощь в случае обнаружения нарушения ритма, а также в случае выявления нарушения ритма выполнять плавную остановку транспортного средства;detect arrhythmias and advise the driver to rest or to refrain from long trips if cardiac arrhythmias are detected, and / or send an ECG to the doctor or call an ambulance in the event of a violation of the rhythm, as well as in the event of a violation of the rhythm, perform a smooth stop of the vehicle; и/или определять степень усталости водителя и предоставлять рекомендации остановиться и отдохнуть на основе определенной степени усталости;and / or determine the degree of driver fatigue and provide recommendations to stop and rest based on a certain degree of fatigue; в динамике следить за данными ЭКГ.in dynamics to follow ECG data. 23. Устройство по п. 18, отличающееся тем, что дополнительно регистрируют сигналы реограммы (импеданса), причем устройство обработки данных дополнительно выполнено с возможностью23. The device according to p. 18, characterized in that it further records the rheogram (impedance) signals, and the data processing device is further configured to получения данных реограммы и полной информации об импедансе (амплитуды и фазы), полученных на основе сигналов реограммы (импеданса);obtaining rheogram data and complete information about the impedance (amplitude and phase) obtained on the basis of the rheogram (impedance) signals; получения сигнала помехи, синтезированного на основе информации о сигналах ускорения, полученной от по меньшей мере одного датчика ускорения, размещенного таким образом, чтобы обеспечить регистрацию сигналов ускорения, возникающих вследствие вибрации, вызывающей дрожание контактов между руками и электродами;receiving an interference signal synthesized based on information about acceleration signals obtained from at least one acceleration sensor arranged in such a way as to ensure registration of acceleration signals resulting from vibration causing jitter of contacts between hands and electrodes; вычета сигнала помехи из исходного сигнала ЭКГ и/или сигнала реограммы для получения данных ЭКГ и/или реограммы водителя транспортного средства;subtracting the interference signal from the original ECG signal and / or rheogram signal to obtain ECG data and / or rheogram of the vehicle driver; использовать информацию о задействованной паре контактов с целью определения положения рук и контроля действий водителя по управлению автомобилем.use information about the involved pair of contacts in order to determine the position of the hands and control the actions of the driver in driving. 24. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что сигналы реограммы, на основе которых получают реограмму водителя, регистрируются на разных частотах несущей, причем устройство обработки данных дополнительно выполнено с возможностью24. The device according to p. 23, characterized in that the rheogram signals, on the basis of which the driver rheogram is obtained, are recorded at different carrier frequencies, the data processing device being further configured to вычисления модели электрического импеданса водителя на основе данных реограммы, полученных на разных частотах, и информации о фазе несущей сигнала реограммы;calculating the driver’s electrical impedance model based on rheogram data obtained at different frequencies and information on the phase of the rheogram carrier signal; предупреждать засыпание водителя по изменению проводимости кожи на основе данных реограммы.to prevent the driver from falling asleep due to changes in skin conductivity based on rheogram data. 25. Устройство по любому из пп. 23 или 24, отличающееся тем, что идентификация и/или верификация личности водителя транспортного средства и/или диагностика состояния водителя, выполняемые устройством обработки данных, осуществляются на основе данных ЭКГ и реорграммы.25. The device according to any one of paragraphs. 23 or 24, characterized in that the identification and / or verification of the identity of the driver of the vehicle and / or diagnosis of the driver’s condition, performed by the data processing device, is carried out on the basis of ECG data and a re-gram.
RU2017101853A 2017-01-20 2017-01-20 Method of registration of the electrocardiogram and the rheogram from the vehicle driver and the device for the implementation of the method RU2653995C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017101853A RU2653995C1 (en) 2017-01-20 2017-01-20 Method of registration of the electrocardiogram and the rheogram from the vehicle driver and the device for the implementation of the method
PCT/RU2018/050009 WO2018135979A1 (en) 2017-01-20 2018-02-08 Method and device for registering electrocardiogram and rheogram from a driver of an automobile

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017101853A RU2653995C1 (en) 2017-01-20 2017-01-20 Method of registration of the electrocardiogram and the rheogram from the vehicle driver and the device for the implementation of the method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2653995C1 true RU2653995C1 (en) 2018-05-15

Family

ID=62153073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017101853A RU2653995C1 (en) 2017-01-20 2017-01-20 Method of registration of the electrocardiogram and the rheogram from the vehicle driver and the device for the implementation of the method

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2653995C1 (en)
WO (1) WO2018135979A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2719023C1 (en) * 2019-07-10 2020-04-16 Общество с ограниченной ответственностью «Компоненты и технологии 3Д» Method for recording electrocardiogram of vehicle driver and device for implementing said method

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999036793A1 (en) * 1998-01-14 1999-07-22 Advanced Testing Technologies, Inc. Phase noise measurement system
US20060195301A1 (en) * 2005-02-25 2006-08-31 Lecroy Corporation Method and apparatus for artifact signal reduction in systems of mismatched interleaved digitizers
US20100137702A1 (en) * 2008-12-03 2010-06-03 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus for measuring physiological signal of vehicle driver
US7894887B2 (en) * 2007-03-26 2011-02-22 Denso Corporation Biosignal measuring equipment
US20120330173A1 (en) * 2011-06-23 2012-12-27 Hyundai Motor Company Apparatus and method for obtaining biometric information of driver
US20140241539A1 (en) * 2009-12-15 2014-08-28 Stmicroelectronics International N.V. Noise removal system
KR20150001225A (en) * 2013-06-26 2015-01-06 계명대학교 산학협력단 Electrode sensor for measuring of skin impedance of personal authentication, and skin impedance measurement device having the same
EP2508125B1 (en) * 2009-11-30 2015-10-28 Fujitsu Limited Noise processing device and noise processing program
RU2568817C1 (en) * 2014-04-28 2015-11-20 Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "Кардиовид" Method for adaptive filtration of electric cardiosignal
US20160191232A1 (en) * 2014-12-31 2016-06-30 Texas Instruments Incorporated Dynamic measurement of frequency synthesizer noise spurs or phase noise

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU132701U1 (en) * 2011-11-10 2013-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" HUMAN FUNCTIONAL MONITORING DEVICE

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999036793A1 (en) * 1998-01-14 1999-07-22 Advanced Testing Technologies, Inc. Phase noise measurement system
US20060195301A1 (en) * 2005-02-25 2006-08-31 Lecroy Corporation Method and apparatus for artifact signal reduction in systems of mismatched interleaved digitizers
US7894887B2 (en) * 2007-03-26 2011-02-22 Denso Corporation Biosignal measuring equipment
US20100137702A1 (en) * 2008-12-03 2010-06-03 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus for measuring physiological signal of vehicle driver
EP2508125B1 (en) * 2009-11-30 2015-10-28 Fujitsu Limited Noise processing device and noise processing program
US20140241539A1 (en) * 2009-12-15 2014-08-28 Stmicroelectronics International N.V. Noise removal system
US20120330173A1 (en) * 2011-06-23 2012-12-27 Hyundai Motor Company Apparatus and method for obtaining biometric information of driver
KR20150001225A (en) * 2013-06-26 2015-01-06 계명대학교 산학협력단 Electrode sensor for measuring of skin impedance of personal authentication, and skin impedance measurement device having the same
RU2568817C1 (en) * 2014-04-28 2015-11-20 Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "Кардиовид" Method for adaptive filtration of electric cardiosignal
US20160191232A1 (en) * 2014-12-31 2016-06-30 Texas Instruments Incorporated Dynamic measurement of frequency synthesizer noise spurs or phase noise

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2719023C1 (en) * 2019-07-10 2020-04-16 Общество с ограниченной ответственностью «Компоненты и технологии 3Д» Method for recording electrocardiogram of vehicle driver and device for implementing said method

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018135979A1 (en) 2018-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Affanni et al. Driver’s stress detection using skin potential response signals
Kartsch et al. A sensor fusion approach for drowsiness detection in wearable ultra-low-power systems
Choi et al. Driver status monitoring systems for smart vehicles using physiological sensors: A safety enhancement system from automobile manufacturers
US20120197138A1 (en) Biological parameter monitoring method, computer-readable storage medium and biological parameter monitoring device
KR101947676B1 (en) Method and apparatus for measuring bio signal
Mellone et al. Hilbert–Huang-based tremor removal to assess postural properties from accelerometers
Boashah et al. A time-frequency approach for newborn seizure detection
US20180082501A1 (en) Integrated on-board data collection
JP2012113609A (en) Data recording device and data recording method
JP2013212311A (en) Electrocardiographic device for vehicle
RU2653995C1 (en) Method of registration of the electrocardiogram and the rheogram from the vehicle driver and the device for the implementation of the method
KR20110135715A (en) Apparatus for measuring movement circumstances of vehicle
Schneider et al. An approach to automotive ECG measurement validation using a car-integrated test framework
US20160183834A1 (en) Semi-contact-type ecg measurement system and measurement method thereof
Takahashi et al. Automated safety vehicle stop system for cardiac emergencies
JP2000014653A (en) Driver electrocardiographic signal measuring device
RU2719023C1 (en) Method for recording electrocardiogram of vehicle driver and device for implementing said method
CN114435373A (en) Fatigue driving detection method, device, computer equipment and storage medium
WO2022101485A1 (en) Low-cost, high measurement speed capacitive sensing circuit for loading mode operation of capacitive sensors
CN114601432A (en) Vehicle-mounted human body information acquisition method and device and vehicle
Dumitrescu et al. Developing a multi sensors system to detect sleepiness to drivers from transport systems
RU2682996C1 (en) Method for determining functional status of driver of vehicle in trip by tremor hands
Murphey et al. A Transportable Instrumentation Package for In-Vehicle On-Road Data Collection for Driver Research
WO2021215070A1 (en) Learning device, learning method, and measurement device
JPH0642373U (en) Automotive heart sound detector